Coupling dissolved oxygen microsensors measurements and heterogeneous respirometry for monitoring and modeling microbial activity within sulfide-oxidizing biofilms
Guimerà Villalba, Xavier (Universitat Politècnica de Catalunya. Departament d'Enginyeria Minera, Industrial i TIC)
Mora Garrido, Mabel (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament d'Enginyeria Química, Biològica i Ambiental)
López de León, Luis R. (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament d'Enginyeria Química, Biològica i Ambiental)
Gabriel, Gemma (Institut de Microelectrònica de Barcelona)
Dorado, Antonio David (Universitat Politècnica de Catalunya. Departament d'Enginyeria Minera, Industrial i TIC)
Lafuente Sancho, Francisco Javier (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament d'Enginyeria Química, Biològica i Ambiental)
Gamisans Noguera, Xavier (Universitat Politècnica de Catalunya. Departament d'Enginyeria Minera, Industrial i TIC)
Gabriel, David (Universitat Autònoma de Barcelona. Departament d'Enginyeria Química, Biològica i Ambiental)

Data:	2020
Resum:	A heterogeneous respirometer (HR) was coupled for the first time to a microelectrode monitoring system specifically designed for dissolved oxygen (DO) measuring within the biofilm. Monitoring of the oxygen concentration in the gas and liquid phases was complemented with pioneer monitoring of DO performed simultaneously and continuously at multiple biofilm depths in a linear array of eleven gold-disk electrodes of 50 µm-diameter. A set of respirometric tests performed at neutral pH and with initial gas phase concentrations of H2S ranging from 135 to 6720 ppmv were used to assess sulfide-oxidizing activity of a biofilm grown on 15. 9 mm plastic Pall rings withdrawn from a biogas desulfurizing biotrickling filter. A mechanistic model for the description of multi-step sulfide oxidation within a biotrickling filter was improved considering heterogeneous biomass concentration and biomass activity distribution along the biofilm depth. A comprehensive description of physical, chemical and biological phenomena occurring throughout gas, liquid and biofilm phases resulted in an accurate prediction of system behavior. Model calibration using experimental data estimated a biomass concentration from 320. 5 to 443. 0 g VSS·L−1 as well as a decrease in the fraction of active biomass of 0. 5, over the 600 µm thick biofilm. Model simulations accurately reproduced experimental respirometric profiles (NRMSE <10%), demonstrating that coupling HR and microelectrodes improved model predictions in comparison to sole gas or liquid phase measurements, thus contributing to a deeper knowledge of biofilms performance in trickled bed biological systems.
Ajuts:	Agencia Estatal de Investigación RTI2018-099362-B-C21 Agencia Estatal de Investigación RTI2018-099362-B-C22
Drets:	Aquest document està subjecte a una llicència d'ús Creative Commons. Es permet la reproducció total o parcial, la distribució, i la comunicació pública de l'obra, sempre que no sigui amb finalitats comercials, i sempre que es reconegui l'autoria de l'obra original. No es permet la creació d'obres derivades.
Llengua:	Anglès
Document:	Article ; recerca ; Versió acceptada per publicar
Matèria:	Biofilm profiling ; Dissolved oxygen microsensors ; Heterogeneous respirometry ; Multiphase reactor modeling ; Sulfide-oxidizing biofilm ; Oxidation ; Kinetic-parameters ; Air ; Bacterial ; Communities ; Mass-transport ; Removal ; Dynamics ; Difusion ; Water
Publicat a:	Chemical engineering journal, Vol. 400 (November 2020) , art. 125846, ISSN 1873-3212

DOI: 10.1016/j.cej.2020.125846

Postprint 28 p, 729.1 KB

El registre apareix a les col·leccions:
Documents de recerca > Documents dels grups de recerca de la UAB > Centres i grups de recerca (producció científica) > Enginyeries > GENOCOV
Articles > Articles de recerca
Articles > Articles publicats